JP2019125716A - 冷却器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流路を閉じるカバーを本体に摩擦撹拌接合によって接合／封止する冷却器の製造方法に関し、接合ツールを押し当てたときに本体の変形を防ぐ技術を提供する。【解決手段】本明細書は、流路３を構成する側面の一部が開放されている本体５と、開放されている一部を覆うカバー４とを有する冷却器２の製造方法を開示する。本体５は、流路３を区画する仕切壁６を有している。本体５にカバー４を当接させた状態で、本体５とカバー４の接合予定ラインに沿って、カバー４へ摩擦撹拌接合のツール３０を押し当て、摩擦撹拌接合により接合予定ラインに沿ってカバー４を本体５に接合する。接合予定ラインの接合開始点が仕切壁６に設けられており、接合開始点を本体５の側から治具（支持柱３３）によって支持する。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、冷却器の製造方法に関する。

特許文献１、２に、流路を構成する側面の一部が開放されている本体と、開放されている一部を覆うカバーを有する冷却器が開示されている。特許文献１の冷却器は、本体とカバーの間がガスケットにより封止されている。特許文献２の冷却器は、本体の流路に沿って摩擦撹拌接合でカバーを本体に接合する。カバーを本体に接合することで、流路を封止する。なお、特許文献１の冷却器の本体には、流路を区画する仕切壁が設けられている。仕切壁の頭頂面は、カバーを本体に取り付けたときにカバーに接する。

特開２０１５−９８８９１号公報 特開２０１３−４５７８２号公報

摩擦撹拌接合は、接合ツールをワークに強く押し当てる。従って、ワークが変形してしまうおそれがある。摩擦撹拌接合は、接合開始時に接合ツールの先端のプローブをワークに貫入させる必要があり、大きな荷重で接合ツールをワークに押し当てる。このときにワークが変形し易い。本明細書は、冷却器の製造方法に関し、流路を塞ぐカバーを本体に摩擦撹拌接合によって接合／封止する際、接合ツールを押し当てたときのカバー／本体の変形を防ぐ技術を提供する。

本明細書が開示する技術は、流路を構成する側面の一部が開放されている本体と、開放されている一部を覆うカバーとを有する冷却器の製造方法に関する。冷却器の本体は、流路を区画する仕切壁を有している。本体にカバーが取り付けられたときに仕切壁の頭頂面がカバーに接する。この製造方法では、本体にカバーを当接させた状態で、本体とカバーの接合予定ラインに沿って、カバーへ摩擦撹拌接合ツールを押し当て、摩擦撹拌接合により接合予定ラインに沿ってカバーを本体に接合する。接合予定ラインの接合開始点が仕切壁に設けられているとともに、接合開始点を本体の側から治具によって支持する。この製造方法では、摩擦撹拌接合の接合開始点を、本体の側から支持することで本体の変形を抑えることができる。また、流路を区画する仕切壁に接合開始点を設定することで、接合開始点を本体の側から容易に支持することが可能となる。流路を区画する仕切壁の流路とは反対側は、冷却対象を設置する領域であるから、治具を当てるのに適している。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の製造方法によって製造される冷却器の斜視図である。 冷却器の平面図である。 図２のIII−III線に沿った断面図である。

図面を参照して実施例の製造方法を説明する。まず、実施例の製造方法で製造される冷却器２を説明する。冷却器２は、内部にリアクトルなどを収容するケースを兼ねている。図１に、冷却器２の斜視図を示す。図１は、冷却器２の本体５からカバー４を外した状態を示している。冷却器２は、使われるときには図１における上下を逆にして設置されるが、本実施例では、説明の都合上、図中の座標系の＋Ｚ方向を「上」と表現する。

冷却器２は、本体５の上面に冷媒が通る流路３が設けられている。流路３を構成する側面のうち、上面が開かれている。以下では、流路３の開かれている部分の縁を開口部８と称する。流路３の底板の裏側（図中のーＺ側）に、リアクトルなどの冷却対象が取り付けられる。本体５は、アルミニウムなど、熱伝導率の高い金属で作られている。

流路３には、図中のＹ方向のほぼ中央に、Ｘ方向に沿って延びる仕切壁６が設けられている。流路３は、仕切壁６によって、上流側直線部３ａと下流側直線部３ｂに仕切られている。後に参照する図３に示されているように、仕切壁６は、カバー４が本体５に取り付けられたときにその頭頂面がカバー４に接する。仕切壁６は、−Ｘ方向の途中で途切れており、そこで、上流側直線部３ａと下流側直線部３ｂは、湾曲部３ｃを介してつながっている。湾曲部３ｃには、湾曲部３ｃのカーブに沿って延びている複数のフィン７が設けられている。

上流側直線部３ａの図中の＋Ｘ側の端部は底が深くなっており、本体５の＋Ｘ方向を向く面に設けられている供給口１２ａにつながっている。下流側直線部３ｂの＋Ｘ側の端部も底が深くなっており、本体５の＋Ｘ方向を向く面に設けられている排出口１２ｂにつながっている。供給口１２ａと排出口１２ｂは、不図示の冷媒循環装置に接続される。冷媒循環装置から供給される冷媒は、供給口１２ａから冷却器２に流入する。冷媒は、上流側直線部３ａ、湾曲部３ｃ、下流側直線部３ｂを、これらの順で通り、最後に排出口１２ｂから排出され、冷媒循環装置に戻る。冷媒は液体であり、水、または不凍液（ＬＬＣ：Long Life Coolant）である。先に述べたように、流路３の底板の裏側に、リアクトルなどの冷却対象が取り付けられる。冷媒は、流路３の底板とフィン７を介して冷却対象から熱を吸収する。仕切壁６も、フィン７と同様に冷却対象から冷媒へ熱を伝達する役割を担う。

先に述べたように、流路３の開口部８は、カバー４で覆われる。本体５の流路３の周囲とカバー４の間は冷媒が漏れないように封止する必要がある。冷却器２では、カバー４は、摩擦撹拌接合により本体５に接合される。流路３の周囲が摩擦撹拌接合によって接合され、流路３が封止される。なお、カバー４も本体５と同様にアルミニウムであり、摩擦撹拌接合に適した金属で作られている。摩擦撹拌接合は、高速回転するツールの先端（プローブと呼ばれる）を接合対象の材料に強く押し当て、材料を軟化させるとともに、ツールの回転力によって接合予定部分の周辺を塑性流動させて（即ち撹拌して）、２つの材料の接合予定部分を一体化して接合する技術である。２つの材料が一体化するので、接合箇所は完全に密閉される。

図２に、冷却器２を＋Ｚ方向からみた平面図を示す。図２では、カバー４に隠れる開口部８の縁、フィン７、仕切壁６を破線で示してある。図２における太線が、摩擦撹拌接合によって接合される接合ラインである。太線に付された矢印が摩擦撹拌接合のツールの移動方向を示している。接合前の接合ラインを以下では接合予定ライン２０と称する。接合は、流路３の湾曲部３ｃの側の仕切壁６の端から始まり、仕切壁６に沿って＋Ｘ方向に進み、上流側直線部３ａの縁、湾曲部３ｃの縁、下流側直線部３ｂの縁に沿って進み、仕切壁６と上流側直線部３ａの合流地点で終わる。図中の符号２１が接合予定ライン２０の始点、即ち、摩擦撹拌接合の開始点を示している。図中の符号２２が、接合予定ライン２０の終点、即ち、摩擦撹拌接合の終了点を示している。

図２では、理解を助けるため、仕切壁６から上流側直線部３ａに向かう最初の接合予定ライン２０と、湾曲部３ｃや下流側直線部３ｂの縁を通った後に再び上流側直線部３ａの縁に沿う２回目の接合予定ライン２０を離して描いているが、両者は接しており、図２の平面視で流路３（開口部８）は、接合予定ライン２０で完全に囲まれる。すなわち、流路３の周囲の本体５とカバー４の境界は、摩擦撹拌接合により完全に封止される。

図３に、図２のIII−III線に沿った断面図を示す。図３は、接合予定ライン２０の始点（開始点２１）を通る断面を示しており、摩擦撹拌接合のツール３０と、支持台３２も示してある。図３は、摩擦撹拌接合を開始したときの断面図である。先に述べたように、摩擦撹拌接合の装置は、高速回転するツール３０の先端のプローブ３１を接合対象に強く押し付けて接合対象に貫入させ、接合対象の部材を軟化、一体化して接合する。それゆえ、プローブ３１を最初に接合対象に貫入させる際に大きな荷重が必要となる。実施例の製造方法は次の通りである。まず、本体５とカバー４のアセンブリを、支持台３２の上に固定する。支持台３２には、支持柱３３が設けられており、支持柱３３は、本体５の流路３を形成する底板９の中央９ａに当接する。底板９の中央９ａの流路３の側には仕切壁６が設けられている。先に述べたように、図３は、接合予定ライン２０の開始点２１を通る断面である。摩擦撹拌接合を開始するとき、本体５とカバー４のアセンブリを、本体５の側から支持柱３３で支持しながら、反対側からツール３０をカバー４に押し当てる。摩擦撹拌接合を開始したとき、プローブ３１がカバー４に貫入するようにツール３０をカバー４に強く押し当てる。このとき、開始点２１は、反対側から支持柱３３で支持されているため、カバー４や本体５が変形することはない。

なお、ツール３０のプローブ３１の長さは、カバー４の厚みよりもわずかに長い。貫入したプローブ３１の先端は、仕切壁６に達し、仕切壁６の一部を軟化させ、カバー４と一体化する。図３において、プローブ３１の周囲のグレーで示した領域Ａが、塑性流動によりカバー４と本体５が一体化した部分（即ち接合部分）を示している。

プローブ３１がカバー４に貫入した後は、ツール３０を接合予定ライン２０に沿って移動させる。そのときには、ツール３０の移動方向に対する荷重を大きくする。接合予定ライン２０に沿った方向へプローブ３１を荷重し、摩擦により材料（本体５とカバー４）を軟化／一体化させつつ、ツール３０は進行する。ツール３０が接合予定ライン２０に沿って移動する間は、ツール３０を図中のＺ方向に押し当てる力はさほど必要なくなる。ツール３０を接合予定ライン２０に沿って一巡させると、開口部８の周囲でカバー４が本体５に接合され、流路３が封止される。

以上説明したように、冷却器２の製造方法は、次のように行われる。本体５にカバー４を当接させた状態で、本体５とカバー４の接合予定ライン２０に沿って、カバー４へ摩擦撹拌接合のツール３０を押し当て、摩擦撹拌接合により接合予定ライン２０に沿ってカバー４を本体５に接合する。接合予定ライン２０の接合開始点２１は仕切壁６に設けられている。接合開始点２１を本体５の側から治具（支持柱３３）によって支持しつつ、ツール３０をカバー４へ押し当て、接合を開始する。接合開始点２１をアセンブリの本体５の側から治具（支持柱３３）によって支持することで、本体５とカバー４の変形が抑えられる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。図３に示されているように、流路３の底板９の流路３とは反対側は、冷却対象を取り付ける面であるため平坦である。それゆえ、支持柱３３を当接させるのに適している。接合開始点２１を仕切壁６に設定することで、溶接開始時にツール３０の反対側を支持柱３３（治具）で支え易くなる。

本明細書が開示する技術では、摩擦撹拌接合によって、流路３が形成された本体５と、流路３の開口部８を覆うカバー４を接合して封止する。流路の封止は、ガスケットでも可能である。ガスケットには、メタルガスケットやＯリング、さらには、ＦＩＰＧ（Formed In Place Gasket）などの種類がある。ガスケットで封止する場合には、ガスケットのコストが嵩む。また、ガスケットでの封止を維持するためには、カバーは本体に強く押し付けられた状態で保持される必要がある。通常は、カバーをボルトで本体に固定し、ガスケットを押圧する荷重を維持する。また、ＦＩＰＧを用いる場合には、流動状態のＦＩＰＧの一部がちぎれて流路へ入り込むと、目詰まりを生じるおそれがある。

摩擦撹拌接合で封止する場合、ガスケットそのものが不要となるばかりでなく、カバーを固定するボルトが不要になる。ＦＩＰＧのように目詰まりを生じ得る異物を生じることもない。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：冷却器
３：流路
３ａ：上流側直線部
３ｂ：下流側直線部
３ｃ：湾曲部
４：カバー
５：本体
６：仕切壁
７：フィン
８：開口部
９：底板
２０：接合予定ライン
２１：接合開始点
３０：ツール
３１：プローブ
３２：支持台
３３：支持柱

Claims (1)

1. 流路を構成する側面の一部が開放されている本体と、開放されている前記一部を覆うカバーとを有する冷却器の製造方法であり、
   前記本体は、前記流路を区画する仕切壁であって前記カバーが取り付けられたときにその頭頂面が前記カバーに接する仕切壁を有しており、
   前記本体に前記カバーを当接させた状態で、前記本体と前記カバーの接合予定ラインに沿って、前記カバーへ摩擦撹拌接合ツールを押し当て、摩擦撹拌接合により前記接合予定ラインに沿って前記カバーを前記本体に接合し、
   前記接合予定ラインの接合開始点が前記仕切壁に設けられているとともに、前記接合開始点を前記本体の側から治具によって支持する、
   冷却器の製造方法。

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